Tổ chức dạy học chủ đề mạch điện và điện trở vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông mới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỆN TRỞ” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỆN TRỞ” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Kim Chung Sinh viên thực khóa luận: Nguyễn Thị Phương Anh Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giảng viên Khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội giảng dạy trang bị cho em kiến thức học tập nghiên cứu khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Phạm Kim Chung, người tận tình hướng dẫn em suốt q trình thực khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn tới bạn sinh viên lớp QH-2016-S Sư phạm Vật lý hỗ trợ em hồn thành tốt khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả khóa luận Nguyễn Thị Phương Anh DANH MỤC VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội STEM Science, Technology, Engineering, Maths GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ Quy trình thiết kế chủ đề STEM 13 Hình 1.2: Sơ đồ Tiến trình học STEM 15 Hình 2.1: Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM chủ đề “Chế tạo máy đánh cà phê bọt biển Dalgona nhà mùa Covid” 24 Hình 2.2: Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM chủ đề “Thiết kế chế tạo máy rửa tay cảm ứng mùa Covid-19” 26 Hình 2.3: Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM chủ đề “Thiết kế chế tạo đèn ngủ cảm biến ánh sáng” 28 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu 4.1 Khách thể nghiên cứu 4.2 Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM 1.1.1 Giáo dục STEM giới 1.1.2 Giáo dục STEM Việt Nam 1.2 Một số khái niệm 1.2.1 STEM 1.2.2 Giáo dục STEM 1.3 Một số vấn đề giáo dục STEM 1.3.1 Mục tiêu giáo dục STEM trường trung học 1.3.2 Chủ đề dạy học STEM trường trung học 1.3.3 Phân loại chủ đề STEM 10 1.4 Thiết kế chủ đề STEM 11 1.4.1 Tiêu chí thiết kế chủ đề STEM 11 1.4.2 Quy trình thiết kế chủ đề STEM 13 1.5 Giáo dục STEM trường Trung học Chương trình giáo dục phổ thơng 2018 14 1.5.1 Hình thức tổ chức STEM 14 1.5.2 Tiến trình học STEM 15 1.5.3 Những tiêu chí đánh giá học STEM 18 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỆN TRỞ” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 21 2.1 Chủ đề “Mạch điện điện trở” Vật lý 11 theo chương trình giáo dục phổ thơng 21 2.1.1 Mục tiêu dạy học Chủ đề “Mạch điện điện trở” 21 2.1.2 Nội dung kiến thức Chủ đề “Mạch điện điện trở” 22 2.2 Xây dựng chủ đề STEM dạy học Chủ đề “Mạch điện điện trở” Vật lý 11 chương trình giáo dục phổ thơng 23 2.2.1 Chế tạo máy đánh cà phê bọt biển Dalgona nhà mùa Covid 23 2.2.2 Thiết kế chế tạo máy rửa tay cảm ứng mùa Covid-19 25 2.2.3 Thiết kế chế tạo đèn ngủ cảm biến ánh sáng 27 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỆN TRỞ” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 31 3.1 Kế hoạch dạy học chủ đề “Chế tạo máy đánh cà phê bọt biển Dalgona nhà mùa Covid” 31 3.1.1 Đối tượng học sinh 31 3.1.2 Thời lượng tổ chức dạy học 31 3.1.3 Địa điểm 31 3.1.4 Chuẩn bị GV HS 31 3.1.5 Các hoạt động dạy học 31 3.1.6 Phiếu học tập 35 3.2 Kế hoạch dạy học chủ đề “Thiết kế chế tạo máy rửa tay cảm ứng mùa Covid-19” 40 3.2.1 Đối tượng học sinh 40 3.2.2 Thời lượng tổ chức dạy học 41 3.2.3 Địa điểm 41 3.2.4 Chuẩn bị GV HS 41 3.2.5 Các hoạt động dạy học 41 3.2.6 Phiếu học tập 46 3.3 Kế hoạch dạy học chủ đề “Thiết kế chế tạo đèn ngủ cảm biến ánh sáng” 50 3.3.1 Đối tượng học sinh 50 3.3.2 Thời lượng tổ chức dạy học 51 3.3.3 Địa điểm 51 3.3.4 Chuẩn bị GV HS 51 3.3.5 Các hoạt động dạy học 51 3.3.6 Phiếu học tập 55 KẾT LUẬN CHƯƠNG 61 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 62 Kết luận 62 Khuyến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong Chương trình mơn - chương trình giáo dục phổ thơng Bộ Giáo dục Đào tạo công bố ngày 27/12/2018, hoạt động trải nghiệm chương trình bắt buộc xuyên suốt tất cấp học Theo cách tiếp cận mới, giáo dục để truyền thụ kiến thức mà nhằm giúp học sinh hồn thành cơng việc, giải vấn đề học tập đời sống nhờ vận dụng hiệu quả, sáng tạo kiến thức học Đồng thời, chương trình lấy việc phát triển phẩm chất lực thực tiễn học sinh làm mục tiêu dạy học Trong chương trình giáo dục phổ thơng mới, Vật lí mơn học thuộc nhóm mơn Khoa học Tự nhiên, lựa chọn theo định hướng nghề nghiệp học sinh Do đó, việc phát triển lực thực nghiệm cho học sinh thông qua môn học Vật lí trọng Tuy nhiên, điều kiện sở vật chất thời gian nên phần lớn trường Trung học phổ thông chưa thể áp dụng phương pháp dạy học tích cực nhằm phát triển lực thực nghiệm cho học sinh Chủ đề “Mạch điện Điện trở” nội dung nằm Vật lí lớp 11 chương trình giáo dục phổ thơng Đây nội dung có tính ứng dụng cao thực tế, tổ chức hoạt động trải nghiệm (thí nghiệm, thực nghiệm, ) gắn liền với tình sống ngày STEM định hướng giáo dục nhằm phát triển lực cho học sinh thông qua lĩnh vực Khoa học (Science) - Công nghệ (Technology) - Kỹ thuật (Engineering) - Toán học (Math) Việc dạy học Vật lí theo định hướng STEM giúp trang bị kiến thức cho người học thông qua thực hành ứng dụng Từ đó, đáp ứng mục tiêu chương trình giáo dục phổ thơng mới, hình thành phát triển lực thực nghiệm cho người học Chính lí đó, tơi chọn đề tài: “Tổ chức dạy học chủ đề "Mạch điện Điện trở" Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng mới” để tiến hành nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Phát triển lực thực nghiệm học sinh thông qua tổ chức dạy học chủ đề “Mạch điện Điện trở” theo định hướng STEM mơn học Vật lí lớp 11 chương trình giáo dục phổ thơng Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng sở lí luận thực tiễn việc tổ chức dạy học chủ đề "Mạch điện Điện trở" theo định hướng STEM nhằm phát triển lực thực nghiệm cho học sinh - Tổ chức dạy học chủ đề "Mạch điện Điện trở" theo định hướng STEM nhằm phát triển lực thực nghiệm cho học sinh - Báo cáo kết đánh giá trình Khách thể đối tượng nghiên cứu 4.1 Khách thể nghiên cứu Học sinh lớp 11 Trung học phổ thông 4.2 Đối tượng nghiên cứu Quá trình dạy học theo định hướng STEM mơn Vật lí giáo viên học sinh lớp 11 trung học phổ thông Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế quy trình dạy học chủ đề “Mạch điện Điện trở” theo định hướng giáo dục STEM vận dụng vào xây dựng chủ đề, nội dung, cách thức tổ chức hoạt động dạy học, kiểm tra đánh giá môn khoa học tự nhiên tạo điều kiện cho học sinh tìm tịi, nghiên cứu kiến thức thuộc mơn học có liên quan đến vấn đề (qua sách giáo khoa, học liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị cơng nghệ) sử dụng chúng để giải vấn đề đặt Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức (tổ chức dạy học kiến thức có liên quan theo chương trình giáo dục phổ thơng; sử dụng thời gian phân phối chương trình cho nội dung tương ứng) Tiết Thời Hoạt động GV Nội Hoạt động HS gian dự dung kiến dạy học Tiết phút Học kiến - Hướng dẫn, hỗ trợ HS - Tìm hiểu tài liệu, thức thảo luận nhóm thảo luận nhóm - Hướng dẫn, hỗ trợ HS (HS tìm hiểu hồn thành phiếu học thêm nhà) tập - Hoàn thành câu hỏi phiếu học tập phút Tìm hiểu - Đưa tài liệu, - Tìm hiểu đèn ngủ đèn video liên quan đến đèn cảm ứng ngủ cảm ngủ cảm ứng (cấu tạo, ứng nguyên lý, ) - Hướng dẫn HS tìm hiểu phút Báo cáo, - Tổ chức - Báo cáo, nêu nhận thảo nhóm HS lên báo xét, thảo luận với luận cáo nhanh nội nhóm dung tìm hiểu kiến thức có chủ đề - Yêu cầu nhóm cịn lại đưa nhận xét, bổ sung thiếu 53 phút Nhận - GV nhận xét, đánh giá - Ghi chép kiến xét, đánh phần báo cáo HS giá thức cần nhớ - Tóm tắt lại kiến - Vạch kế hoạch để thức cần nhớ giải vấn đề - Làm rõ vấn đề cần giải Hoạt động 3: Giải vấn đề Tiết Thời Nội gian dự dung dạy kiến học Hoạt động GV Hoạt động HS Tiết - Trình bày lại tiêu - Căn vào tiêu chí sản phẩm nêu chí đề ra, HS thảo hoạt động từ luận nhóm đưa hướng dẫn HS đưa đề xuất giải pháp giải pháp, giả thuyết để giải - Giao nhiệm vụ nhà: vấn đề phút lớp (Hết tiết 1) nhà yêu cầu học sinh thảo - Thiết kế vẽ cấu Đề xuất giải pháp luận nhóm đưa mô tạo tả thiết kế sản phẩm - Lập bảng ngun nhóm mình: liệu, xác định giá thành + Cấu tạo thiết máy nguyên liệu + Nguyên lí hoạt động máy Chuẩn bị nguyên vật liệu theo + Các nguyên vật liệu thiết kế cho tiết sau dự kiến + Những hạn chế chưa khắc phục 54 - Quan sát, hướng dẫn, - Xây dựng sản phẩm Tiết nhắc nhở HS thử chạy thử nghiệm 25 phút Thử nghiệm nghiệm sản phẩm - Phân tích số liệu - Lưu ý an toàn thực thu lần hành điện cho học sinh thử nghiệm - Rút kết luận 10 phút 10 phút Báo cáo, thảo luận Nhận - GV kiểm tra - Báo cáo kết nhanh báo cáo nhóm - GV đưa nhận xét, - Ghi nhận kết (Hết tiết xét, đánh đánh giá 2) - Tiếp tục chỉnh sửa giá hoàn thiện 3.3.6 Phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP Nhóm: STT Họ tên thành viên Vị trí nhóm nhóm 55 Nhiệm vụ giao Vào đêm tối bạn dậy uống nước hay vệ sinh bạn thường phải dùng điện thoại để soi hay có phải mị mẫm tìm công tắc điện bật lên để không làm đổ đồ vật, vật dụng phịng cảm giác thật phiền tối khó chịu Tuy nhiên dùng đèn ngủ thơng thường ln cho ánh sáng chói tăng thêm nhiệt độ phịng ngủ sau đêm nên người ngủ dậy trạng thái mệt mỏi khó chịu Vì bạn thiết kế chế tạo đèn ngủ cảm ứng để giúp cho giấc ngủ người thêm sâu cảm giác dễ chịu hơn, giúp bạn sáng thức dậy tắt đèn ngủ mà thay vào đèn ngủ tắt tự động nhờ cảm biến ánh sáng 56 Bước 1: Tìm hiểu vấn đề cần nghiên cứu - Vấn đề cần nghiên cứu đèn ngủ cảm ứng ? - Tiêu chí sản phẩm: Bước 2: Tìm hiểu kiến thức Hãy tìm hiểu sách giáo khoa nguồn tài liệu khác để hoàn thành câu hỏi sau: Câu 1: Kể tên loại cảm biến sử dụng thực tế mà em biết: Câu 2: Hãy nêu đặc điểm, nguyên lí hoạt động cảm biến đó: 57 Câu 3: Ngun lí mạch điện đóng ngắt tự động gì? Bước 3: Đưa giả thuyết, giải pháp giải vấn đề Bước 4: Thiết kế, chế tạo sản phẩm - Vẽ thiết kế cấu tạo sản phẩm Sơ đồ khối Sơ đồ mô 58 - Nguyên vật liệu sử dụng Tên vật liệu Số lượng Giá thành Tổng tiền (VNĐ) TỔNG CHI PHÍ - Mô tả bước chế tạo sản phẩm: - Mô tả hoạt động việc chạy thử sản phẩm 59 Bước 5: Chạy sản phẩm thu thập số liệu - Ghi lại số liệu cần thiết, thay đổi lần chạy (nêu lý do) Bước 6: Đánh giá cải tiến sản phẩm - Lập bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm tự đánh giá sản phẩm - So sánh sản phẩm nhóm đưa cải tiến cho sản phẩm nhóm 60 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 3, xây dựng kế hoạch dạy học tương ứng với chủ đề xây dựng chương Các kế hoạch dạy học cần tiên liệu hết tình xảy lớp học, nhằm đảm bảo tiến độ dạy an toàn cho học sinh Các kế hoạch dạy trọng vai trò học sinh việc tự tìm tịi kiến thức thay hình thức truyền thụ chiều từ thầy cô 61 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Khóa luận thực mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề ra, khóa luận giải nhiệm vụ sau: - Xây dựng sở lý luận thực tiễn việc tổ chức dạy học chủ đề STEM cụ thể: làm rõ khái niệm giáo dục STEM sở xác định chất giáo dục STEM, mối quan hệ Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật Toán học - Xây dựng chủ đề STEM “Mạch điện Điện trở” Vật lý 11 Chương trình giáo dục phổ thông - Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Mạch điện Điện trở” Vật lý 11 Chương trình giáo dục phổ thơng Khuyến nghị Để việc triển khai dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhà trường phổ thông nói chung dạy học mơn Vật lý nói riêng đạt hiệu cao cần có đầu tư đạo mang tính đồng bộ, cụ thể là: - Tăng cường tuyên truyền để nâng cao nhận thức tầng lớp nhân dân đặc biệt đội ngũ giáo viên STEM, xu giáo dục mang tính tất yếu giới Đặc biệt bối cảnh Việt Nam đổi giáo dục tham gia sâu, rộng vào tổ chức hợp tác kinh tế với nước khu vực giới - Phát triển quan hệ hợp tác nhà trường với tổ chức liên quan đến STEM - Đầu tư sở vật chất xây dựng phịng học mơn theo định hướng STEM 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Giáo dục Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thông Bộ Giáo dục Đào tạo (2017), Sách giáo khoa Vật lí 11, tái lần thứ mười ba, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Nguyễn Thanh Nga (2018), Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học sở trung học phổ thơng, NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Bộ Giáo dục Đào tạo (2019), Giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thơng Nguyễn Thanh Nga (2018), Thiết kế tổ chức chủ đề STEM cho học sinh trung học sở trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh 63 PHỤ LỤC TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHỦ ĐỀ STEM “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY RỬA TAY CẢM ỨNG MÙA COVID-19” Máy rửa tay cảm ứng Bệnh virus COVID-19 bệnh đường hô hấp cấp tính truyền nhiễm gây chủng virus corona mới, SARS-CoV-2 Bệnh cho có nguồn gốc từ động vật phương thức lây truyền chủ yếu lây truyền từ người sang người, thường truyền thông qua giọt dịch hô hấp mà người hắt hơi, ho thở Một người nhiễm bệnh xuất triệu chứng sau thời gian ủ bệnh kéo dài từ đến 14 ngày, trung bình ngày, thời gian truyền nhiễm Cần thận trọng để giúp hạn chế lây truyền bệnh, bao gồm vệ sinh cá nhân tốt rửa tay thường xuyên, hạn chế tiếp xúc giữ khoảng cách với người khác Trong đó, việc thường xuyên rửa tay xà phòng dung dịch sát khuẩn hạn chế chạm tay vào bề mặt quan trọng Vì virut corona tồn bề mặt khoảng thời gian lên đến vài đồng hồ Tuy nhiên, với chai dung dịch rửa tay thông thường muốn sử dụng phải lấy tay ấn vịi xuống nước rửa tay xịt Điều dễ làm cho người bị lây nhiễm dịch bệnh bề mặt tiếp xúc Để khắc phục điều này, máy rửa tay cảm ứng giúp người rửa không cần chạm tay vào bề mặt mà lấy dung dịch rửa tay Các kiến thức có chủ đề 2.1 Cảm biến Cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái, trình vật lý hay hóa học mơi trường cần khảo sát biến đổi thành tín hiệu điện để thu 64 thập thơng tin trạng thái hay q trình 2.2 Điện trở - Khái niệm: điện trở đại lượng vật lý đặc trưng cho cản trở dịng điện vật mang điện - Kí hiệu: R - Đơn vị tính: Ơm (ký hiệu: Ω) - Ngun nhân gây điện trở vật dẫn kim loại hay gây nên cản trở chuyển động electron tự kim loại trật tự mạng tinh thể (sự chuyển động nhiệt ion, méo mạng nguyên tử tạp chất lẫn vào) Chế tạo sản phẩm 3.1 Mục đích chế tạo Chế tạo máy rửa tay cảm ứng giúp người rửa không cần chạm tay vào bề mặt mà lấy dung dịch rửa tay 3.2 Hướng dẫn chế tạo - Chuẩn bị vật liệu - Mắc nguồn - Thiết kế mạch máy rửa tay - Thiết kế vỏ máy phù hợp với mạch làm (Tùy vào thiết kế khác nhau) - Lắp ghép phận với 3.3 Thử sản phẩm 65 - Đo hiệu điện nguồn điện - Dùng bút thử điện kiểm tra mạch điện có dịng điện chạy qua chưa - Kiểm tra cơng tắc có hoạt động ổn định không - Chuẩn bị dung dịch sát khuẩn chạy thử - Ghi lại số liệu khoảng cách tay với cảm biến, thời gian bơm Kết khuyến nghị 4.1 Kết Máy hoạt động đưa tay hứng vị trí bơm dung dịch sát khuẩn vòng giây 4.2 Khuyến nghị - Nên kiểm tra thiết bị có hoạt động tốt hay khơng - Nên có mạch bảo vệ để tránh trường hợp học sinh mắc mạch điện sai dẫn đến chập mạch - GV nên quan sát nhắc nhở nhóm bật tắt cơng tắc thử sản phẩm để đảm bảo an toàn - Giúp học sinh đưa kết luận phương án cải tiến, tối ưu hóa sản phẩm 66 Một số hình ảnh minh họa 67 ... LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỆN TRỞ” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 31 3.1 Kế hoạch dạy học chủ đề “Chế... MỚI 2.1 Chủ đề ? ?Mạch điện điện trở? ?? Vật lý 11 theo chương trình giáo dục phổ thông 2.1.1 Mục tiêu dạy học Chủ đề ? ?Mạch điện điện trở? ?? 2.1.1.1 Kiến thức - Định nghĩa điện trở, đơn vị đo điện trở. ..ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỆN TRỞ” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Người